På jakt efter det perfekta stålet
STÅL
Starkt, smidbart och elastiskt på samma gång. Det är eftertraktade egenskaper hos stål och andra legeringar.
En forskargrupp från KTH har arbetat fram en teori som beskriver hur metallers plasticitet kan utvecklas och förändras i jakten på det perfekta stålet.
Att utveckla det optimala stålet eller andra legeringar, det vill säga material med metalliska egenskaper, som består av två eller fler grundämnen är centralt inom materialforskningen.
Teorin, som tagits fram av forskargruppen vid KTH i samarbete med en sydkoreansk forskargrupp (ledd av professor Se Kyun Kwon, tidigare postdoktor i Sverige), kan på sikt revolutionera stålindustrin. Teorin bygger på kvantfysik och hur sambandet mellan olika ämnen i metaller ser ut på atomnivå, hur de samverkar och påverkar varandra.
– Om du slår på en bilkaross blir det en buckla om trycket är tillräckligt stort, det vill säga det blir en plastisk deformation. Vi har undersökt och hittat mekanismerna bakom plastisk deformation, genom molekylära datorsimuleringar, säger Levente Vitos, professor i tillämpad materialfysik och den som lett forskargruppens arbete vid KTH.
Traditionella teorier har inte kunnat förklara plasticitet. Avsaknaden av en djupare förståelse kring detta har fram till nu varit ett hinder, enligt forskarna, för att ta ytterligare steg på vägen mot det perfekta stålet. Men nu har de hittat hemligheten, på atomnivå , för att kunna skapa ett extremt töjbart, starkt och formbart material. Förklaringen till dessa unika och eftertraktade egenskaper ligger i plasticitet som i legeringar orsakas av så kallade twinning och staplingsfel i den atomära uppbyggnaden.
– Genom vår forskning blir det möjligt att designa nya legeringar med optimala mekaniska egenskaper, säger Börje Johansson, professor i tillämpad materialfysik vid institutionen för materialvetenskap på KTH.
Vad är det här bra för?
– De allvarliga miljö- och energiproblem vi står inför ökar behovet av att kunna utveckla ändamålsenliga material med specifika fysikaliska egenskaper. Genom att i framtiden kunna skapa ultralätta, och samtidigt mer krocksäkra bilar, eller flygplan som väger hälften av vad de gör i dag kan man minska energianvändningen kraftigt, säger Levente Vitos.
– Bättre och mer effektiva tillverkningsmetoder för stålindustrin är en annan viktig aspekt, tillägger Börje Johansson.
Att omvandla teoretiska modeller till praktiska tillämpningar underlättas av det nära samarbete forskargruppen har med industrin till exempel företaget Sandvik som är strategisk partner till KTH.
– Givetvis utvecklas material hela tiden inom industrin, men med hjälp av teorin och metoden som vi tagit fram kan de göras i större skala och bli mer kompletta.
Inom ett par år tror de att deras modell kommer att vara standard på de flesta FOU-avdelningar inom stålindustrin.
Text: Jill Klackenberg